超快的气体流过二维膜中最微小的孔

曼彻斯特大学石墨烯研究所和宾夕法尼亚大学的研究人员在《科学进展》杂志上发表的一项研究中，发现了超快气流通过单原子薄膜中最小的孔。这项工作与宾夕法尼亚大学关于制造这种纳米多孔膜的另一项研究一起，有望用于许多应用领域，从水和气体净化到空气质量监测和能量收集。

20 世纪初，著名的丹麦物理学家马丁·克努森 (Martin Knudsen) 提出了描述气体流动的理论。新兴的较窄孔隙的新系统挑战了克努森对气流的描述，但它们仍然有效，并且不知道它们在规模缩小的哪个点可能会失败。

由 Radha Boya 教授领导的曼彻斯特团队与由 Marija Drndic 教授领导的宾夕法尼亚大学团队合作，首次表明 Knudsen 的描述似乎在最终原子极限上是正确的。

二维 (2-D) 材料科学发展迅速，现在研究人员制造单原子薄膜已成为常规。宾夕法尼亚州 Drndic 教授的小组开发了一种方法，可以在二硫化钨的单层上钻孔一个原子宽。然而，一个重要的问题仍然存在：检查原子级孔是否穿过并导电，而无需实际手动观察它们。之前确认孔是否存在以及是否具有预期尺寸的唯一方法是在高分辨率电子显微镜中检查它们。

博雅教授的团队开发了一种技术来测量通过原子孔的气体流量，进而使用流量作为量化孔密度的工具。她说：“虽然眼见为实是毋庸置疑的，但由于只能在高档显微镜中看到原子孔，因此科学受到了很大的限制。在这里，我们拥有的设备不仅可以测量气体流量，还可以测量气体流量。还可以使用流动作为指导来估计膜中有多少原子孔开始。”

该研究的共同第一作者 J Thiruraman 说：“能够通过实验达到那个原子尺度，并精确地对那个结构进行成像，这样你就可以更有信心它是那种大小和形状的孔，是一个挑战。”

Drndic 教授补充说：“在实验室中找到东西和制造可用的膜之间有很多设备物理学。随着技术的进步以及我们自己的方法，这里的新颖之处在于将其集成到设备中如果你想[曼彻斯特]，你实际上可以取出，运输到大洋彼岸，并进行测量。”

曼彻斯特团队的另一位主要作者 Ashok Keerthi 博士说：“手动检查膜上大面积原子孔的形成是艰苦的，而且可能不切实际。这里我们使用一个简单的原则，即膜上的气体量让通过是衡量它有多洞的标准。”

实现的气体流量比以前在文献中观察到的埃级孔隙中的流量大几个数量级。该研究结合了透射电子显微镜成像(局部测量)和气流(大规模测量)的原子孔径密度的一对一相关性，并由该团队发表。来自曼彻斯特的合著者 S Dar 补充说：“令人惊讶的是，通过这些小孔的流动没有/最小的能量障碍。”

Boya 教授补充说：“我们现在有了一种可靠的方法来确认使用气流在大面积上形成原子孔，这是在分子分离、传感和监测超低气体等各个领域寻求其潜在应用的重要一步。低浓度。”

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